[发明专利]基于迭代矩阵的部分重复码的构造方法及节点修复方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代矩阵的部分重复码的构造方法及修复方法，可实现单故障节点和多故障节点的未编码精确修复。具体地，首先将原始文件分为M个原始数据块，对其采用(θ,M)MDS码编码后得到θ个编码块；然后根据不同的重复度构造迭代矩阵A^m；进一步通过迭代矩阵A^m可构造同构和异构FR码；此外，向迭代矩阵A^m中增加一列S_m+1或删除迭代矩阵A^m中的任意一列可得到新的迭代矩阵A^m，进一步通过新的迭代矩阵A^m可构造存储容量异构FR码。本发明可构造同构和节点存储容量异构的FR码，对迭代矩阵增加或删除列，能够很容易地将同构FR码转换为异构FR码，算法复杂度较低。

技术领域

本发明属于计算机领域，具体涉及一种基于迭代矩阵的部分重复码的构造方法。

背景技术

分布式存储系统常用的冗余技术包括复制策略和纠删码策略，复制策略存储开销过大，纠删码策略修复带宽开销过高。Dimakis等人创造性地将网络编码技术应用于分布式存储，提出了再生码(再生码的研究主要分为两个方向：MSR码和MBR码)，进一步地，Rashmi等人发现节点存储开销和修复带宽开销之间的最优折中曲线，达到曲线上两个极值点的再生码分别称为最小存储再生(Minimum Storage Regenerating,MSR)码和最小带宽再生(Minimum Bandwidth Regenerating,MBR)码。再生码显著降低了故障节点的修复带宽开销，但是其在修复过程中涉及大量有限域运算，计算复杂度较高，且磁盘I/O开销过高。为此，在MBR码的基础上，Rouayheb和Ramchandran提出部分重复(Fractional Repetition，FR)码的概念，其结构由外部MDS码和内部重复码组成，其中外部MDS码用来确保分布式存储系统所需的MDS属性，内部重复码用来保证有效的非编码修复过程。

现有FR码的大多数构造方法没有考虑实际分布式存储系统的需求，只能构造同构FR码，或者构造的异构FR码只能实现对单故障节点的未编码精确修复，构造算法较为单一。如使用Hadamard矩阵构造FR码，可以降低修复局部性和修复带宽开销，但是其只能构造同构FR码。如使用正则图构造节点存储容量异构的FR码，只能实现单故障节点的未编码精确修复，且其算法复杂度较高。因此，为了更适用于实际分布式存储系统的需求，亟待研究一种能够修复单故障节点和多故障节点的修复效率高且易于扩展的构造方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于迭代矩阵的部分重复码的构造方法，用以解决现有技术通常只能构造同构FR码及构造算法不易扩展的问题，同时也解决现有技术构造的异构FR码只能修复单故障节点的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一个方面，本发明提供了一种基于迭代矩阵的部分重复码的构造方法，该方法利用迭代矩阵构造重复度ρ＝2的FR码，具体包括如下步骤：

步骤1，将原始文件分为M个原始数据块，对其采用(θ,M)MDS码编码，M＝θ-1，得到θ个编码块；

步骤2，构造迭代矩阵A^m：将作为迭代的原始矩阵，构造迭代矩阵

步骤3，通过迭代矩阵A^m构造FR码：令迭代矩阵A^m中的第i行表示分布式存储系统中的第i个节点，第j列表示第j个编码块，若迭代矩阵A^m中第i行第j列的值为1，则将第j个编码块存储到分布式存储系统中的第i个节点中，依次类推，直至迭代矩阵被遍历，得到重复度ρ＝2的同构FR码；